Nghiên cứu cải tiến hệ thống hồ ổn định trong xử lý nước thải đô thị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------

PHÚ TRẦN LIÊM

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG HỒ ỔN ĐỊNH
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƠ THỊ
Chun ngành : Cơng nghệ mơi trường
MSHV: 02508605

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : .....................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................

4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA MƠI TRƯỜNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày 14 tháng 02 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

PHÚ TRẦN LIÊM

Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:

19/09/1984

Công nghệ Môi trường

MSHV:

02508605

Nơi sinh:

Đà Lạt – Lâm Đồng

Mã số :

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu cải tiến hệ thống hồ ổn định trong xử lý nước thải đô thị
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống hồ ổn định thông

thường OWSP, khả năng chịu tải của hệ thống từ đó đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống.
-

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống hồ ổn định cải tiến

IWSP, khả năng chịu tải của hệ thống từ đó đánh giá, so sánh với hiệu quả xử lý của hệ
thống OWSP.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

14-02-2011

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

15-07-2011

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. NGUYỄN TẤN PHONG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGHÀNH

TS. NGUYỄN TẤN PHONG
TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH

TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tôi đã nhận đươc rất nhiều sự giúp đỡ của
Thầy Cơ, Gia đình và Bạn bè.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành của mình đến Thầy Nguyễn Tấn Phong, Thầy
đã rất tận tâm hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Thầy đã tạo mọi
điều kiện tốt nhất để tơi có thể hồn thành tốt luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cô trong Khoa Môi Trường –
Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã truyền đạt những kiến thức để phục vụ cho
luận văn của tơi.
Ngồi ra tơi cũng cảm ơn các Anh Chị nhân viên phịng thí nghiệm Khoa Mơi
Trường đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ tơi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Cuối cùng tôi cũng muốn cảm ơn bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ tơi. Tơi cũng cảm ơn
gia đình đã ủng hộ về mặt tinh thần giúp tôi học tập và làm việc tốt.
Tp. HCM, ngày … tháng … năm ……
Học viên

Phú Trần Liêm


TÓM TẮT
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG HỒ ỔN ĐỊNH TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ
Hồ ổn định (WSP) là một trong những hệ thống xử lý rất phổ biến dùng ở đơ thị có
dân số trải từ 5,000 tới 450,000 ở Malaysia, Ecuado, các quốc gia vùng Trung Mỹ (như El
Salvador, Guatemala, Honduras và Nicaragua… Tuy nhiên ầu
h hết hệ thống WSP khơng
hoạt động tốt vì q tải, và thiết kế khơng đảm bảo hoặc bảo trì khơng đúng cách. Ảnh
hưởng của thiết kế kém hoặc bảo trì khơng đúng cách , tuy nhiên, có thể khá đáng kể, ngồi
khơng bảo vệ được nước nhận, như là mùi phóng thích từ cả bể kỵ khí lẫn bể tùy nghi, ruồi
sinh sản trong hệ thống hồ và sự nổi lên của thực vật vĩ mơ hay thực vật nói chung trong bể
tùy nghi dẫn đến sự sinh sản muỗi. Trong trường hợp đặc biệt bể có thể bị nghẽn bùn và
hoàn toàn biến mất.
Quan sát trong đề án này và các vấn đề liên quan củ a nó, có ít nhất hai kế hoạch
chính, có thể được áp dụng để đạt được chất lượng nước thải theo yêu cầu của cơ quan
quản lý, nghĩa là cải tạo và kế hoạch nâng cấp của WSP. Trong nghiên cứu này hệ thống
vách ngăn bể phản ứng được sử dụng như một cách nâng c ấp cho WSP. Mục tiêu của
nghiên cứu này là để so sánh hiệu suất của Hệ thống WSP truyền thống (bao gồm các hồ
kỵ khí – hồ tùy nghi) và Hệ thống WSP cải tiến (bao gồm các hồ kỵ khí – hồ hiếu khí có
vách ngăn) trong việc loại bỏ COD và các thông số khác. Một mơ hình bể phản ứng có
vách ngăn quy mơ phịng thí nghiệm được lập nên với thể tích các bể lần lượt là 32 và 129
lít. Mơ hình áp dụng các điều kiện vận hành khác nhau, cụ thể là Kỵ khí cho bể I - Thiếu
khí cho bể II (đối với hệ thống WSP truyền thống); và Kỵ khí cho bể I – Hiếu khí cho bể II
(đối với hệ thống WSP cải tiến). COD và các thông số khác được quan trắc trong suốt q
trình thí nghiệm.
Các kết quả nghiên cứu được cho thấy hiệu quả xử lý COD, Amoni của hệ thống WSP

cải tiến tốt hơn rất đáng kể so với hệ thống WSP thông thường đồng thời khả năng chịu tải
trọng cao của hệ thống WSP cải tiến cũng rất tốt.


SUMMARY
UPGRADING OF WASTE STABILIZATION POND TO BAFFLED REACTOR FOR
DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT

Waste Stabilization Pond (WSP) is one of the treatment systems that widely used to
serve urban population ranging from 5,000 to 450,000 in Vietnam, Maylaysia, Ecuador and
in Central America (such as El Salvador, Guatemala, Honduras và Nicaragua). However
most of the WSP systems do not function well due to overloading, improper and poor
design or poor maintenance. The effects of poorly designed or inadequate maintenance,
however, can be quite significant, in addition to failing to protect the receiving water, such
as odor release from both anaerobic and facultative ponds, fly breeding in pond systems
and floating macrophytes or emergent vegetation in facultative and maturation ponds
leading to mosquito breeding, in extreme cases the ponds can silt up and completely
disappear. In viewing this scenario and its associated problems, there are at least two main
strategies, which can be applied in order to achieve the effluent quality required by the
authority, i.e. rehabilitation and upgrading scheme of WSP. In this study baffled reactor
system was used as an upgrading scheme for WSP. The objective of this study was to
compare the performance of two types of WSP system: (i) original WSP system and
inproved WSP system in terms of COD removal and other parameters.
A laboratory-scaled baffled reactor were constructed with liquid volume of tanks are
32 and 129 liters. Different type of operating conditions was applied to each tank, which
was anaerobic for tank I, anoxic for tank II (original WSP system) and anaerobic for tank I,
aerobic for tank II (inproved WSP system). COD and other parameters was monitored
during the experiment.
The results show that: the removal percentage of COD, Amonium of the Improved
Waste Stabilization Pond System was better than the Original Waste Stabilization Pond

System, considerably.


1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................9
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................9
1.1. TÍNH CẤP THIẾT ........................................................................................9
1.2. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN ...................................................................10
1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .....................................................................10
1.4. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN ..................................................................10
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................................................11
1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .................................................11
CHƯƠNG 2 ..............................................................................................................13
TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................................13
2.1. TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI
SINH HOẠT .........................................................................................................13
Nguồn gốc nước thải sinh hoạt .........................................................13
2.1.1.
Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt ...............................13
2.1.2.
Tác hại đến mơi trường .....................................................................18
2.1.3.
2.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HỒ ỔN ĐỊNH OWSP ..........................18
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động ......................................................18
2.2.1.
Vi sinh vật hiện diện trong các hồ ổn định .......................................24
2.2.2.

2.3. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ HỒ ỔN
ĐỊNH ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI MỘT SỐ NƯỚC TRÊN
THẾ GIỚI..............................................................................................................28
Tình hình ứng dụng cơng nghệ hồ ổn định OWSP để xử lý nước thải
2.3.1.
sinh hoạt vào những năm đầu thế kỷ 20............................................................28
Tình hình ứng dụng cơng nghệ hồ ổn định OWSP tại Malaysia ......29
2.3.2.
Tình hình ứng dụng cơng nghệ hồ ổn định OWSP tại Ecuador........30
2.3.3.
Tình hình ứng dụng công nghệ hồ ổn định OWSP tại các nước Trung
2.3.4.
Mỹ…….. ...........................................................................................................31
2.4. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ HỒ ỔN
ĐỊNH ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI VIỆT NAM .......................32
Tình hình ứng dụng cơng nghệ hồ ổn định OWSP tại Việt Nam .....32
2.4.1.
Tình hình ứng dụng công nghệ hồ ổn định cải tiến IWSP tại Việt
2.4.2.
Nam…… ...........................................................................................................33


2

CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................40
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................40
3.1. MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ...........................................................................40
Thiết kế mơ hình ...............................................................................40
3.1.1.
Chế độ vận hành ................................................................................42

3.1.2.
Chỉ tiêu giám sát và tần suất lấy mẫu................................................44
3.1.3.
3.2. QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH THÍ NGHIỆM ................................................45
Giai đoạn vận hành hệ thống OWSP ................................................45
3.2.1.
Giai đoạn vận hành hệ thống IWSP ..................................................45
3.2.2.
3.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ...................................................................46
3.4. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ..............................47
Xác định tải trọng ..............................................................................47
3.4.1.
Xử lý số liệu ......................................................................................47
3.4.2.
CHƯƠNG 4 ..............................................................................................................48
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................48
4.1. GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI VÀ ỔN ĐỊNH CỦA MƠ HÌNH ...................48
4.2. VẬN HÀNH HỆ THỐNG OWSP ..............................................................50
Đánh giá hiệu suất xử lý COD trong trường hợp II và III ................50
4.2.1.
Đánh giá hiệu suất xử lý SS trong trường hợp II và III ....................53
4.2.2.
Đánh giá hiệu suất xử lý Photpho trong trường hợp II và III ...........55
4.2.3.
Đánh giá hiệu suất xử lý Amoni trong trường hợp II và III..............57
4.2.4.
Đánh giá diễn biến nồng độ Nitrit, Nitrat trong trường hợp II và
4.2.5.
III........... ...........................................................................................................59
4.3. VẬN HÀNH HỆ THỐNG IWSP ................................................................61

Đánh giá hiệu suất xử lý COD trong trường hợp IV, V và VI..........61
4.3.1.
Đánh giá hiệu suất xử lý SS trong trường hợp IV, V và VI ..............64
4.3.2.
Đánh giá hiệu suất xử lý Photpho trong trường hợp IV, V và VI .....67
4.3.3.
Đánh giá hiệu suất xử lý Amoni trong trường hợp IV, V và VI .......69
4.3.4.
Đánh giá diễn biến nồng độ Nitrit, Nitrat trong trường hợp IV, V và
4.3.5.
71
VI
4.4. SO SÁNH HIỆU SUẤT XỬ LÝ CỦA HỆ THỐNG OWSP VÀ HỆ
THỐNG IWSP ......................................................................................................73
Đối với hiệu suất xử lý COD ............................................................73
4.4.1.
Đối với hiệu suất xử lý SS ................................................................74
4.4.2.
Đối với hiệu suất xử lý Photpho .......................................................76
4.4.3.
Đối với hiệu suất xử lý Amoni ..........................................................77
4.4.4.


3

CHƯƠNG 5 ..............................................................................................................79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................79
KẾT LUẬN ..............................................................................................79
5.1.

KIẾN NGHỊ .............................................................................................79
5.2.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU ......................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................82
PHỤ LỤC ..................................................................................................................84


4

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1.

Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người.ngày .. 14

Bảng 2.2.

Tải lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải sinh hoạt từ các
ngôi nhà hay cụm dân cư độc lập ................................................... 14

Bảng 2.3.

Thành phần nước thải sinh hoạt đặc trưng ..................................... 15

Bảng 2.4.

Xử lý nước thải các cơ sở tại Malaysia .......................................... 29

Bảng 2.5.

Kết quả một số chỉ tiêu chất lượng nước cơ bản ............................ 35

Bảng 3.1.

thơng số thiết kế mơ hình................................................................ 41

Bảng 3.2.

Thông số vận hành hệ thống OWSP ............................................... 45

Bảng 3.3.

Thông số vận hành hệ thống IWSP ................................................ 45

Bảng 3.4.

Các phương pháp phân tích mẫu .................................................... 46

Bảng 4.1.

Nồng độ và hiệu suất xử lý COD của mơ hình trong trường hợp I 48

Bảng 4.2.

Nồng độ và hiệu suất xử lý COD của mơ hình trong trường hợp II,
III .................................................................................................... 50

Bảng 4.3.

Nồng độ và hiệu suất xử lý SS của mô hình trong trường hợp II,
III .................................................................................................... 53

Bảng 4.4.

Nồng độ và hiệu suất xử lý Photpho của mơ hình trong trường hợp
II, III ................................................................................................ 55

Bảng 4.5.

Nồng độ và hiệu suất xử lý Amoni của mơ hình trong trường hợp
II, III ................................................................................................ 57

Bảng 4.6.

Nồng độ nitrat, nitrat các dịng thải của mơ hình trong trường hợp
II, III ................................................................................................ 60

Bảng 4.7.

Nồng độ và hiệu suất xử lý COD của mơ hình trong trường hợp
IV,V, VI .......................................................................................... 61

Bảng 4.8.

Nồng độ và hiệu suất xử lý SS của mơ hình trong trường hợp
IV,V, VI .......................................................................................... 64


5

Bảng 4.9.

Nồng độ, hiệu suất xử lý Photpho của mô hình trong trường hợp
IV,V, VI ........................................................................................ 67

Bảng 4.10. Nồng độ, hiệu suất xử lý Amoni của mơ hình trong trường hợp
IV,V, VI ........................................................................................ 69
Bảng 4.11. Nồng độ nitrat, nitrat các dịng thải của mơ hình trong trường
hợp IV,V và VI ............................................................................. 72


6

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Tảo Chlamydomona ............................................................................19
Hình 2.2. Ảnh hưởng của độ pH lên cân bằng H 2 S - HS- - S2- ............................20
Hình 2.3. Hoạt động của hồ kỵ khí .....................................................................20
Hình 2.4. Hoạt động của hồ tùy tiện ...................................................................22
Hình 2.5. hoạt động của hồ hiếu khí ...................................................................23
Hình 2.6. Hồ kỵ khí tại Cộng hịa Síp .................................................................24
Hình 2.7. Hồ tùy tiện thường có màu xanh do tảo sinh trưởng trong hồ ............24
Hình 2.8. Một số lồi tảo di chuyển được và khơng di chuyển được .................26
Hình 2.9. Thuyết cộng sinh về vi khuẩn và tảo ...................................................27
Hình 2.10. Sơ đồ cơng nghệ hệ thống hồ ổn định Bình Hưng Hịa ......................34
Hình 3.1. Sơ đồ thiết kế mơ hình ........................................................................40
Hình 3.2. Thiết kế vách ngăn cho bể II ...............................................................41
Hình 3.3. Mơ hình khi chưa hồn thiện ...............................................................42
Hình 3.4. Mơ hình hồn thiện .............................................................................42
Hình 3.5. Sơ đồ hoạt động của hệ thống OWSP .................................................43
Hình 3.6. Sơ đồ hoạt động của hệ thống IWSP...................................................43
Hình 3.7. Bể II (Hệ thống OWSP) ......................................................................44

Hình 3.8. Bể II (Hệ thống IWSP) ........................................................................44
Hình 4.1. Diễn biến nồng độ COD của mơ hình trong trường hợp I ..................49
Hình 4.2. Hiệu suất xử lý COD của mơ hình trong trường hợp I .......................49
Hình 4.3. Diễn biến nồng độ COD của mơ hình trong trường hợp II, III ...........51
Hình 4.4. Hiệu suất xử lý COD của mơ hình trong trường hợp II, III ................52
Hình 4.5. Diễn biến nồng độ SS của mơ hình trong trường hợp II, III ...............53
Hình 4.6. Hiệu suất xử lý SS của mơ hình trong trường hợp II, III ....................54
Hình 4.7. Diễn biến nồng độ Photpho của mơ hình trong trường hợp II, III ......55
Hình 4.8. Hiệu suất xử lý Photpho của mơ hình trong trường hợp II, III ...........56
Hình 4.9. Diễn biến nồng độ Amoni của mơ hình trong trường hợp II, III ........58


7

Hình 4.10. Hiệu suất xử lý Amoni của mơ hình trong trường hợp II, III .............59
Hình 4.11. Diễn biến nồng độ Nitrit trường hợp II, III .........................................60
Hình 4.12. Diễn biến nồng độ Nitrat trường hợp II, III ........................................60
Hình 4.13. Diễn biến nồng độ COD của mơ hình trong trường hợp IV,V, VI .....62
Hình 4.14. Hiệu suất xử lý COD của mơ hình trong trường hợp IV,V, VI ..........63
Hình 4.15. Diễn biến nồng độ SS của mơ hình trong trường hợp IV,V, VI .........65
Hình 4.16. Hiệu suất xử lý SS của mơ hình trong trường hợp IV,V, VI ..............66
Hình 4.17. Diễn biến nồng độ Photpho của mơ hình trong trường hợp IV,V, VI 68
Hình 4.18. Hiệu suất xử lý Photpho của mơ hình trong trường hợp IV,V, VI .....68
Hình 4.19. Diễn biến nồng độ Amoni của mơ hình trong trường hợp IV,V, VI...70
Hình 4.20. Hiệu suất xử lý Amoni của mơ hình trong trường hợp IV,V, VI ........71
Hình 4.21. Diễn biến nồng độ Nitrit trong trường hợp IV,V, VI ..........................72
Hình 4.22. Diễn biến nồng độ Nitrat trong trường hợp IV,V, VI .........................72
Hình 4.23. So sánh hiệu suất xử lý COD ..............................................................73
Hình 4.24. So sánh hiệu suất xử lý SS ..................................................................75
Hình 4.25. So sánh hiệu suất xử lý Photpho .........................................................76

Hình 4.26. So sánh hiệu suất xử lý Amoni............................................................77


8

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD

: Nhu cầu oxy sinh hoá (Biological Oxygen Demand)

COD

: Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand)

DO

: Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

IWSP

: Improved Waste stabilization pond (Hồ ổn định cải tiến)

MLSS

: Hàm lượng chất rắn lơ lửng (Mixed Liquor Suspended Solids)

OWSP

: Original Waste stabilization pond (Hồ ổn định thông thường)

SS

: Suspended solid (chất rắn lơ lửng)

TKN

: Tổng nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl nitrogen)

WSP

: Waste stabilization pond (Hồ ổn định)


9

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU

1.1.

TÍNH CẤP THIẾT
Các đơ thị của Việt Nam hiện nay, hệ thống thoát nước là hệ thống chung

chủ yếu được xây dựng từ thời Pháp thuộc. Ðường ống nước thải và đường ống
nước mưa còn chung nhau, dẫn đến việc khó khăn trong q trình xử lý nước thải,
đặc biệt là nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước
thải ở các thành phố, là một ngun nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và
vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi.
Hiện nay có rất nhiều các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt đang được

áp dụng như: xử lý bằng bể tự hoại, xử lý bằng các phương pháp sinh học hiếu khí,
xử lý bằng bãi lọc ngầm trồng cây... Trong số đó, phương pháp xử lý bằng Hồ ổn
định (WSP) là một trong những hệ thống xử lý rất phổ biến dùng ở đô thị có dân số
trải từ 5,000 tới 450,000 ở Việt Nam, Malaysia, Ecuado, Zimbabwe, các quốc gia
vùng Trung Mỹ (như El Salvador, Guatemala, Honduras và Nicaragua… WSP là
các hồ, bể cạn do con người tạo thành mà trong đó nước thải chảy vào và được lưu
giữ trong nhiều ngày (thay vì nhiều giờ trong q trình xử lý thơng thường), dịng
thải được xử lý sẽ thải ra. Hệ thống WSP bao gồm một loạt các hồ: (a) kỵ khí, (b)
tùy ý và (c) một số hồ hoàn thiện. Những phát triển mớ i nhất trong nghiên cứu về
WSP thể hiện sự quan tâm đến hồ thiếu ôxy và tảo, cũng như hồ chứa chủ yếu cho
mục đích tưới tiêu nơng nghiệp. Những lợi thế của hệ thống WSP đặc biệt đối với
các nước có khí hậu nóng và các nước đang phát triển, do: (a) đơn giản; (b) chi phí
thấp; (c) hiệu suất cao. [6], [8], [14]
Tuy nhiên hầu hết hệ thống WSP khơng hoạt động tốt vì q tải, và thiết kế
khơng đảm bảo hoặc bảo trì khơng đúng cách. Ảnh hưởng của thiết kế kém hoặc
bảo trì khơng đúng cách , tuy nhiên, có thể khá đáng kể, ngồi khơng bảo vệ được
nước nhận, như là mùi phóng thích từ cả bể kỵ khí lẫn bể tùy tiện , ruồi sinh sản


10

trong hệ thống hồ và sự nổi lên của thực vật lớn hay thực vật nói chung trong bể tùy
tiện dẫn đến sự sinh sản muỗi. Trong trường hợp đặc biệt bể có thể bị nghẽn bùn và
hồn tồn biến mất. [14]
Vì vậy việc nghiên cứu cải tiến hệ thống Hồ ổn định xử lý nước thải sinh
hoạt của các khu đô thị nhằm đạt hiệu quả tối ưu trong hoàn cảnh hiện nay cũng như
tương lai là đáng được quan tâm. Hiện nay, tại Việt Nam việc ứng dụng hệ thống
Hồ ổn định cải tiến trong xử lý nước thải sinh hoạt tại các khu đô thị cũng chưa
được triển khai rộng rãi; ngồi ra cũng chưa có nghiên cứu cụ thể nào đánh giá được
hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống Hồ ổn định cải tiến so với hệ thống

Hồ ổn định thông thường. Chính vì vậy, luận văn này tập trung nghiên cứu cải tiến
hệ thống hồ ổn định trong xử lý nước thải sinh hoạt tại các khu đô thị.
1.2.

MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN
Từ những vấn đề nêu trên, đề tài “Nghiên cứu cải tiến hệ thống hồ ổn định

để xử lý nước thải đô thị” được thực hiện nhằm đạt mục tiêu chính sau:
-

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt từ các khu đô thị của hệ thống
Hồ ổn định thông thường (Hệ thống OWSP – original waste stabilization
ponds).

-

Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống Hồ ổn định cải
tiến (Hệ thống IWSP - improved waste stabilization ponds) từ đó đánh giá,
so sánh với hệ thống OWSP.

1.3.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu là nước thải sinh hoạt lấy từ hố gom tập trung của Khu

chung cư cao ấp
c Hoàng Anh Gia Lai (Quận 7, Tp. HCM) và Khu chung c ư
Nguyễn Kim (Quận 10, Tp. HCM).
1.4.
-

NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống OWSP, khả
năng chịu tải của hệ thống từ đó đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống.


11

-

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của hệ thống IWSP, khả năng
chịu tải của hệ thống từ đó đánh giá, so sánh với hiệu quả xử lý của hệ thống
OWSP.

1.5.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này thực hiện dựa trên các phương pháp sau

 Thu thập tài liệu
Thu thập, tổng hợp các tài liệu, các nghiên cứu trong nước và nước ngoài về
xử lý nước thải sinh hoạt bằng hồ ổn định.
 Phương pháp thực nghiệm
Căn cứ trên các tài liệu đã thu thập bắt đầu tiến hành thiết kế và lắp đặt mơ
hình thí nghiệm (lab scale ) tại phịng thí nghiệm khoa Mơi trường – trường ĐH
Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh.
 Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu mơi trường
Tồn bộ kỹ thuật lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trường được tiến
hành theo đúng các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế (theo
Standard Methods).

 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
Các số liệu kết quả thí ngiệm được phân tích và xử lý bằng phần mềm Excel
và Grapher.
1.6.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Nghiên cứu cải tiến hệ thống hồ ổn định trong xử lý nước thải sinh hoạt tại

các khu vực đô thị là nghiên cứu đầu tiên được thực hiện ở nước ta. Về khoa học,
kết quả nghiên cứu là cơ sở lý thuyết để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt
của hệ thống OWSP và hệ thống IWSP, tạo cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về
các yếu tố, thành phần có khả năng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý cũng như tạo tiền
đề cho việc ứng dụng hệ thống IWSP ngoài thực tế.
Kết quả của đề tài cũng là cơ sở để triển khai các ứng dụng rộng rãi trong xử
lý nước thải tại các khu đơ thị có dân số nằm trong khoảng từ 5.000 đến 450.000,
đặc biệt là những nơi có mức sống từ thấp đến trung bình như: các đô thị tại khu


12

vực Đồng bằng Sông Cửu Long, khu vực vùng ven các Trung tâm Thành phố lớn
(Tp. HCM, Hà Nội,…), v.v…


13

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.

TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI
SINH HOẠT

2.1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt
Nước thái sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích
sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,… Chúng thường
được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các cơng trình
cơng cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân
số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp
nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các
nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đơ thị thường có tiêu
chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng
nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và
nơng thơn. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường thốt bằng hệ thống
thốt nước dẫn ra các sơng rạch, cịn các vùng ngoại thành và nơng thơn do khơng
có hệ thống thốt nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ
hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm.
2.1.2. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt
Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:
-

Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh

-

Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất
rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngồi ra

cịn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm.

Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein(40-50%);
hydrat cacbon(40-50%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động
trong khoảng 150 -450mg/l theo trọng lượng khơ. Có khoảng 20 -40% chất hữu cơ


14

khó bị phân huỷ sinh học. Ơ n hững khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp
kém, nước thải sinh hoạt khơng được xử lý thích đáng là một trong những nguồn
gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Theo Imhoff khối lượng chất bẩn do một người thải vào nước sinh hoạt trong
một ngày được xác định theo bảng sau. (Imhoff, 1972)
Bảng 2.1. Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người.ngày
Thành phần

Cặn lắng

Chất rắn không lắng

Chất hòa tan

Tổng cộng

Vô cơ

30

10

50

90

Hữu cơ

10

5

75

90

Tổng cộng

40

15

125

180

Bảng 2.2. Tải lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải sinh hoạt từ các ngôi nhà
hay cụm dân cư độc lập (Otterpohl, 2000).(Tiêu chuẩn thải 170 l/người.ngày)
Thông số

Tải lượng, g/người.ngày

Nồng độ, mg/l

115 – 117

680 – 1000

Các chất rắn dễ bay hơi

65 – 85

380 – 500

Cặn lơ lửng

35 – 50

200 – 290

Cặn lơ lửng dễ bay hơi

25 – 40

150 – 240

BOD 5

35 – 50

200 – 290

COD

115 – 125

680 – 730

Tổng nitơ

6 – 17

35 – 100

Nitơ ammonia

1–3

6 – 18

Tởng photpho

3-5

18 – 29

Tởng chất rắn

Tính chất nước thải giữ vai trò rất quan trọng trong thiết kế, vận hành hệ
thống xử lý và quản lý chất lượng môi trường. Sự dao động về lưu lượng và tính
chất nước thải quyết định tải trọng thiết kế cho các cơng trình đơn vị.

15

Bảng 2.3. Thành phần nước thải sinh hoạt đặc trưng
Hàm lượng

Thành phần

Đơn vị

Thấp

Trung bình

Cao

SS

mg/l

100

220

350

pH

-

6

7

9

TDS

mg/l

250

500

850

BOD 5

mg/l

110

220

400

COD

mg/l

250

500

1000

Nitrogen hữu cơ

mg/l

8

15

35

N-ammonia

mg/l

12

25

50

N-nitrites

mg/l

0

0

0

P-hữu cơ

mg/l

1

3

5

P-vơ cơ

mg/l

3

5

10

Chất béo

mg/l

50

100

200

No/ 100ml

106 - 107

107-108

107-109

mg CaCO 3 /l

50

100

150

Total Coliform
Độ kiềm

(Metcaft, 2003)

Chất hữu cơ
Chất hữu cơ trong nước thải thường được xác định theo

BOD, nó là lượng

oxy tiêu tốn trong suốt quá trình oxy hóa hợp chất hữu cơ . Trên thực tế có một số
quá trình xảy ra đồng thời . Như chất hữu cơ bị oxy hóa , các sản phẩm của quá trình
oxy hóa được sử dụng để tạo ra tế bào sinh khối mới và duy trì nó. Cuối cùng khi tất
cả các chất thải hữu cơ được dùng hết , tế bào tiêu thụ các tế bào thải để có được
năng lượng thông qua một quá trình hô hấp nội bào . Oxy cần thiết để các quá trình
này xảy ra hoàn toàn , người ta gọi là BOD toàn phần (UBOD). Tuy nhiên nitrat hóa
cũng có thể xảy ra trong quá trình đo BOD . Nói cách khác oxy cho cả hai quá trình
oxy hóa cacbon và quá trình nitrat hóa nitơ dạng ammonia góp phần cho giá trị của
BOD. Vì thế dòng yêu cầu đầu ra đôi khi người ta quy định dạng BOD carbon
(CBOD), nó thì được phân tích bằng cách cho vào mẫu phân tích hóa chất ức chế
quá trình nitrat hóa.


16

Ngoài ra còn có một phép đo phổ b iến để xác định hàm lượng chất hữu cơ
trong nước thải là xác định COD của nước thải . Thông thường COD lớn hơn BOD
bởi vì một số carbon trong nước thải sinh hoạt không có khả năng hấp thu sinh học .
Trong nước thải COD có thể chia ra những loại là COD phân hủy sinh học
và COD không phân hủy sinh học . COD phân hủy sinh học được chia ra làm 2 loại
gồm COD dễ phân hủy sinh học nhanh và COD phân hủy sinh học chậm . COD dễ
phân hủy sinh học bao gồm các phâ n tử nhỏ, chẳng hạn như axít béo dễ bay hơi và
các dạng khác như COD hòa tan và không hòa tan . COD phân hủy sinh học chậm
thì lớn hơn và dạng phức tạp hơn chúng cần phải được chia nhỏ ra trước ứng sử
dụng tổng hợp tế bào . Phần COD dễ phân hủy sinh học được xem dường như là
dạng hòa tan trong khi dạng COD phân hủy sinh học chậm được coi như là hạt

.

Không giống BOD, một vài dạng COD không phân hủy sinh học . COD không phân
hủy sinh học ở dạng hòa t an nó sẽ không được xử lý mà nó theo ra đầu ra của quá
trình xử lý. COD không dạng hạt không phân hủy sinh học nó sẽ được tách ra bằng
quá trình lắng của bùn.
Nồng độ COD của nước thải phụ thuộc vào bản chất của hệ thống thoát
nước đổ vào hệ thông thu gom. (WEF, 2005)
Nitơ
Nitơ tồn tại trong nước thải ở nhiều dạng khác nhau , từ dạng đơn giản nhất là
ammonia đến dạng oxy hóa là nitrat . Nitrat là sản phẩm của quá trình nitrat hóa

,

trong đó ammonia bị oxy hóa thành nitrat . Ammonia ở dạng hòa tan nó tồn tại ở
trạng thái cân bằng như cả dạng ammonia phân tử

(NH 3 ) và dạng ion ammonia

(NH 4 +). Nồng độ của mỗi dạng phụ thuộc vào pH và nhiệt độ . pH và nhiệt độ cao
hơn sẽ thuận lợi cho dạng tồn tại NH

3.

Dạng phân tử ammonia là chất độc hại

.

(WEF, 2005)

Nitơ trong nước thải thô nó bao gồm nitơ ammonia và nitơ hữu cơ
thường trong nước thải sinh hoạt thô có rất ít hoặc là không có mặt n

. Thông
itrit, nitrat.

TKN bao gồm nitơ ammonia và nitơ hữu cơ . Nitơ hữu cơ có nguồn gốc từ các phân
tử phức tạp, ví dụ như: amino acid, protein, nucleotid,…


17

Nitơ tổng bao gồm tổng của TKN và NO x . (WEF, 2005)
Phospho
Nồng độ phospho trong nước thải phụ thuộc vào một số yếu tố . Trong nước
thải sinh hoạt phospho chủ yếu là do sử dụng các chất tẩy rửa có phospho . Một vài
hệ thống cung cấp nước sạch sử dụng một dạng phospho làm chất chống ăn mòn
đường ống vì thế nó cũng góp phần làm tăng phospho trong nước thải.
Phospho trong nước thải bao gồm phospho hữu cơ và phospho vô cơ
Phospho vô cơ dạng hòa tan bao gồm orthophosphat và polyphosphat

.
. Dạng

orthophosphat (PO 4 3-) là dạng phospho đơn giản nhất và nó chiếm từ 70 – 90% tổng
phospho. Nó là dạng dễ dàng cho hấp thụ sinh học không có thêm sự phân chia nào .
Nó cũng là dạng muối kết tủa trong hóa chất loại bỏ phospho

. Polyphosphat bao

gồm hình thức phức tạp hơn của chất vô cơ orthophosphat mà nó tổng hợp từ tự
nhiên. Các polyphospat bị phân chia thành các orthophosphat trong suốt quá trình

xử lý.
Phospho hữu cơ bao gồm cả dạng hòa tan và dạng cặn lơ lửng . Phospho hữu
cơ gồm nhiều dạng thành phần phức tạp nó xuất phát từ protein , amino acid ,… bị
phân hủy và có trong sản phẩm thải.
Phospho là chất dinh dưỡng cần thiết cho tăng trưởng sinh học , nếu không có
đủ có khả năng hiệu suất xử lý của quá trình sinh học bị giảm. (WEF, 2003)
pH
pH của nước thải sinh hoạt nằm thông thường nằm trong khoảng dao động từ
6 -9, phù hợp với khoảng xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính hiếu khí. (WEF, 2005)
Độ kiềm
Có một số hợp chất góp ph ần tạo độ kiềm của nước thải . Sự hiện diện độ
kiềm trong nước thải thô phụ thuộc rất lớn vào bản chất của khu vực cấp nước cũng
như đặc tính của nguồn nước cấp và cả hệ thống thu gom nước . Thông thường nước
mặt có đ ộ kiềm lớn hơn nước ngầm . Độ kiềm trong nước nó có liên quan rất lớn
đến tính đệm của pH và quá trình nitrat hóa nước thải độ kiềm sẽ bị tiêu tốn . (WEF,
2005)


18

2.1.3. Tác hại đến môi trường
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thà nh phần ô nhiễm tồn tại
trong nước thải gây ra:
-

COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và
gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái
môi trường nước. Nếu ô nhiễm q mức, điều kiện yếm khí có thể h ình
thành. Trong quá trình phân hu
ỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H

2 S,

NH 3 , CH 4 ,..làm cho nước có mùi hơi thúi và làm giảm pH của môi trường.
-

SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí.

-

Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời
sống của thuỷ sinh vật nước.

-

Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu
chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…

-

Ammonia, P: đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ
trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá (sự phát triển bùng
phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm
gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ
oxy rất cao do q trình hơ hấp của tảo thải ra).

-

Màu: mất mỹ quan.

-

Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.

2.2.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HỒ ỔN ĐỊNH OWSP

2.2.1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
Hồ ổn định là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ
oxy hóa, hồ sinh học,… Trong hồ ổn định diễn ra q trình oxy hóa sinh hóa các
chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác.
Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá
trình quang hợp cũng như oxy hóa từ khơng khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong
tảo lại tiêu thụ CO 2 , photphat và nitrat amon sinh raừt sự phân hủy, oxy hóa các
chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và


19

nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 60C. Theo q trình sinh hóa, người
ta chia hồ sinh vật ra các loại: hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tùy tiện.
Hồ ổn định dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình tự
làm sạch của hồ. Ngoài việc xử lý nước thải cịn có nhiệm vụ khác như: ni trồng
thủy sản, nước tưới cho cây trồng, điều hòa dòng chảy,… Bao gồm các loại hồ: (i)
Hồ kỵ khí; (ii) Hồ tùy tiện và (iii) Hồ hiếu khí.
• Hồ kỵ khí
Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng quá trình sinh hóa tự
nhiên, dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí. Các vi khuẩn kỵ khí
phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong nước thải, giải phóng khí CH 4 và CO 2 .

Hồ kỵ khí thường sâu từ 2-5m và có khả năng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ cao
(thường > 100g BOD/m3 với độ sâu > 3m hồ). Lượng chất hữu cơ có trong hồ có
liên quan mật thiết đến lượng oxy xâm nhập vào hồ, nhằm duy trì điều kiện kỵ khí
trên bề mặt hồ.
Hồ kỵ khí khơng có mặt của tảo, mặc dù đơi
khi chúng vẫn có thể hiện diện, chủ yếu của loài
Chlamydomonas trên bề mặt. Hồ kỵ khí hoạt động
rất hiệu quả trong điều kiện khí hậu ấm (có thể xử
lý đến 60 – 85% BOD).

Hình 2.1. Tảo Chlamydomona

Hồ kỵ khí làm giảm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo
ra bùn và giải phóng NH 3 vào khơng khí. Hồ kỵ khí có khả năng:
-

Chuyển đổi vật chất từ dạng vật liệu hòa tan thành dạng vật chất lắng đọng
như bùn đáy.

-

Hòa tan một số dạng vật chất hữu cơ khác.

-

Thúc đẩy quá trình phân hủy sinh học của các vật chất hữu cơ

-

Chứa vật chất khơng hịa tan và không phân hủy như bùn đáy

-

Chứa vật chất khơng hấp thụ và ở dạng vơ định hình như bùn đáy

-

Cho phép xử lý một phần dòng chảy qua.